核磁共振技术在植物研究中的应用进展(10)

通过13C-NMR显示的碳基团化学位移情况和归属所有C、H在结构中的位置，从束花石斛中分离并鉴定了8个化合物。贺鹏等[43]从腾冲红花油菜籽壳80%乙醇浸提物的乙酸乙酯萃取部分中分离得到2个化合物，并根据质谱和核磁共振碳谱分析，2个化合物分别鉴定为齐墩果酸和3β-О-乙酸齐墩果酸。因此，核磁共振碳谱是植物化学结构研究中比较行之有效的方法。4其他核磁共振波谱在植物研究中的应用近年来15N-NMR也成为研究植物的一种手段，然而15N磁旋比小，天然丰度低(0.37%)，因此灵敏度比13C低50倍左右，使得15N-NMR的应用受到一定限制[44]。但由于14N-NMR的化学位移较接近15N-NMR，且14N的丰度接近100%，故14N的灵敏度较高，能在组氨酸结构的研究中得到应用。张永洪等[45]介绍了14N-NMR技术定量分析氮含量的方法，并应用该技术测定了腐殖酸样品中硝酸根离子的含量，定量检测下限可达毫摩尔级(mmol·L-1)。氧是地壳中含量最多的元素，占到48.06%。17O作为唯一具有核磁共振信号的氧同位素，其化学位移范围很宽，而且由于是四极核，在NMR图谱中除了化学位移作用，还可以利用核的四极相互作用和电场梯度灵敏地考察区分17O原子核周围化学环境的变化信息[46]。沸石是最重要的固体氧化物材料，最早用于研究17O核磁共振技术[47]。虽然17O-NMR提供了丰富的结构信息，但是17O的自然丰度很低(0.037%)，因此17O核磁共振研究需要进行昂贵的同位素富集，而且其富集方法还没有一套合适的方法[48]，故17O在植物科学研究中的应用较少。5存在问题及展望核磁共振技术在植物科学领域取得了一系列令人瞩目的成就，逐渐成为学者关注的重点。但仍存在一些问题，有待进一步解决和改进。1)信号重叠是植物提取物中复杂光谱的一个问题，妨碍了提取物的识别和量化，因此需要更好的信号分辨率。多维核磁共振波谱法的共振信号分别在多个独立的频率轴上传播，从而减少了信号重叠，但多维核磁共振波谱法的局限是采集时间较长。近年来报道了一种称作Hadamard谱的快速多维谱方法[49]，在相同的分辨率和信噪比的前提下，基于Hadamard的信号采集时间比传统方法减少约20倍，因此Hadamard谱或许会成为新的研究趋势。2)多种检测技术相结合拓展了NMR在植物研究领域的应用，不仅简化了样品前处理过程，而且能够提高自动化程度，全面准确地发掘更多信息，例如LC-NMR技术、LC-SPE-NMR和LC-MS-NMR技术等，但NMR常规的室温探头检测灵敏度只有毫克级，而色谱、质谱达到了微克级，限制了联用技术的广泛应用。针对这一问题，使用超低温微量探头及提高磁场强度可较好的解决这一缺陷[50]，探头类型相同的情况下，600 MHz比200 MHz谱仪的31P、1H、13C 3种核的检测灵敏度提高约3～7倍，同时，使用超低温微量探头比同频率的常温探头的检测灵敏度高3～5倍。3)数据库的建立对于植物研究中数据的可持续使用和挖掘至关重要。与其他平台相比，NMR生成的数据在其重现性方面更加可靠。每当测量出一个植物的NMR图谱数据时，就可以加入数据库，与之前获得的相同植物的数据用于进一步的数据挖掘，但前提需要相同的萃取过程，定义和标准化样品分析的所有步骤，以避免化合物的共振变化。4)由于核磁共振仪器成本和维护费用较高，一定程度上限制了该技术在植物科学上的应用。今后我们需要提高核磁共振仪器性能，加强技术人员的培训，以降低仪器成本，并且争取实现仪器共享，必将促进核磁共振技术在植物研究方面的进一步提高。5)核磁共振作为一种植物结构分析的常用技术，已应用到植物生理发育和结构鉴定等方面，目前逐渐深入运用NMR开展不同植物生理生态学结构与功能方面从宏观到微观层次的研究。有关NMR在植物活细胞的生物功能、基因功能和代谢作用，植物根系对养分及盐分胁迫信号感受转导与其他信号途径互作关系的研究也亟待深入。参考文献：[1]毛希安.NMR前沿领域的若干新进展[J].化学通报，1997(2)：16-18.[2]要世瑾，杜光源，牟红梅，等.核磁共振技术在土壤-植物-大气连续体研究中的应用[J].应用生态学报，2016(1)：315-326.[3]Zheng J，Xu Z，Wang Y，et al.Non-additive effects of mixing different sources of dissolved organic matter on its biodegradation[J].Soil Biology & Biochemistry，2014，78(78)：160-169.[4]罗敬.利用核磁共振法分析几种含磷物质中磷的形态与含量[D].长沙：湖南师范大学，2015：19.[5]Ca

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